CN116752058A - 一种耐磨高强金属材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐磨高强金属材料及其制备方法，涉及金属材料技术领域，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的10wt％‑15wt％；所述钢材包括：C、Si、Mn、Ni、V、Mo、Sc、Cu、Ta、Zr、Sr、除Sc以外的其它稀土元素、B、N、纳米硼化钛、纳米碳化铬，余量为Fe。该材料耐磨效果显著，机械力学性能优异，耐腐蚀性能佳，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种耐磨高强金属材料及其制备方法。
背景技术
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切，继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。耐磨高强钢作为一种常见的金属材料，其发展已成为影响现代生产效率的重要因素，已被广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和军事等各个部门中。
目前生产的普通钢综合性能较低，不能同时满足高强度、高韧性、低屈强比、高延伸、高硬度、高耐磨蚀性、弯曲性能和焊接性能等，或多或少存在硬度不够，成本较高，生产耗能大，冲击韧性不足，耐磨性和强度均有待进一步提高的技术缺陷。
为了解决上述问题，中国发明专利申请ZL200810047196.4公开了一种超高强度耐磨钢及其生产方法，该钢的化学成分按重量百分比为：C 0.10～0.17％，Si 0.25～0.50％，Mn 1.20～1.50％，P≤0.018％，S≤0.008％，Cr 0.20～0.50％，Ni 0.25～0.50％，Mo 0.10～0.40％，Als 0.02～0.06％，B≤0.005％，RE≤150g/吨钢，余量为Fe及不可避免的杂质，且碳当量Ceq(％)≤0.60，Ceq(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。该钢的具体生产方法包括：超纯净钢工艺进行冶炼—铁水脱硫—转炉顶底复合吹炼—真空处理—结晶器喂稀土(RE)丝—浇注成板坯—板坯加热—粗扎—精扎—空冷或冲中压水冷却—钢板调质处理。本钢化学成份中不含V，钢的内应力低，提高了钢焊接性能，使钢具有优良耐磨性能和极高的强韧性能，利于推广应用。然而，该材料耐湿热性能和耐腐蚀性能仍然有待进一步提高。
可见，本领域仍然需要一种耐磨效果显著，机械力学性能优异，耐腐蚀性能佳，使用寿命长的耐磨高强金属材料及其制备方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种耐磨效果显著，机械力学性能优异，耐腐蚀性能佳，使用寿命长的耐磨高强金属材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的10wt％-15wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.1wt％-0.3wt％、Si 0.3wt％-1wt％、Mn 0.8wt％-1.8wt％、Ni0.03wt％-0.6wt％、V0.03wt％-0.13wt％、Mo 0.1wt％-0.3wt％、Sc 0.08wt％-0.12wt％、Cu 0.7wt％-1wt％、Ta0.01wt％-0.13wt％、Zr 0.02wt％-0.08wt％、Sr 0.005wt％-0.01wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.003wt％-0.008wt％、B 0.0003wt％-0.003wt％、N0.0005wt％-0.001wt％、纳米硼化钛0.001wt％-0.003wt％、纳米碳化铬0.001wt％-0.003wt％，余量为Fe。
优选的，所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷0.8-1.2份、多聚磷酸1-3份、2,7-蒽醌二磺酸4-7份、偶联剂3-5份、纳米二硫化钼8-12份、氧化石墨烯5-8份、抗氧剂1-3份、环保增塑剂2-4份。
优选的，所述功能层的厚度为100μm-320μm。
优选的，所述石墨烯纤维的平均直径为3-9μm。
优选的，所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比(3-5):1混合形成的混合物。
优选的，所述纳米硼化钛的粒径为30-80nm；所述纳米碳化铬的粒径为10-60nm。
优选的，所述氟封端超支化聚芳醚酮的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述氟封端超支化聚芳醚酮是按授权公开号为CN101357985B的中国发明专利中实施例1的方法制成。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选的，所述纳米二硫化钼的粒径为30-80nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168中的一种或几种。
优选的，所述环保增塑剂为环氧大豆油。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述耐磨高强金属材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
优选的，步骤S1中所述熔炼温度为1600-1650℃，是在真空感应炉中进行的。
优选的，步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理。
优选的，所述淬火处理的过程是在870-910℃下保温1-3小时后水冷；所述回火处理的过程是在190-230℃下保温1-3小时后在空气中冷却。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明公开的耐磨高强金属材料的制备方法，工艺简单，操作方便，制备效率和成品合格率高，对设备依赖性小，适于连续规模化生产，具有较高的推广应用价值。
(2)本发明公开的耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的10wt％-15wt％；通过这样的结构设置，能有效改善材料的强度、耐磨性和耐腐蚀性；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.1wt％-0.3wt％、Si 0.3wt％-1wt％、Mn0.8wt％-1.8wt％、Ni 0.03wt％-0.6wt％、V 0.03wt％-0.13wt％、Mo 0.1wt％-0.3wt％、Sc0.08wt％-0.12wt％、Cu0.7wt％-1wt％、Ta 0.01wt％-0.13wt％、Zr 0.02wt％-0.08wt％、Sr 0.005wt％-0.01wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.003wt％-0.008wt％、B 0.0003wt％-0.003wt％、N 0.0005wt％-0.001wt％、纳米硼化钛0.001wt％-0.003wt％、纳米碳化铬0.001wt％-0.003wt％，余量为Fe。通过各成分之间的相互配合作用，使得制成的金属材料耐磨效果显著，机械力学性能优异，耐腐蚀性能佳，使用寿命长；纳米硼化钛和纳米碳化铬的加入，能使得上述性能进一步提高。
(3)本发明公开的耐磨高强金属材料，所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷0.8-1.2份、多聚磷酸1-3份、2,7-蒽醌二磺酸4-7份、偶联剂3-5份、纳米二硫化钼8-12份、氧化石墨烯5-8份、抗氧剂1-3份、环保增塑剂2-4份。通过各原料之间的相互配合，共同作用，在功能层中同时引入含氟超支化聚芳醚酮结构和蒽醌结构，且在五氧化二磷和多聚磷酸的催化作用下，含有磺酸基的2,7-蒽醌二磺酸能与氟封端超支化聚芳醚酮上的苯环发生交联反应，形成互穿网络结构，进而有效改善材料的耐磨性和耐腐蚀性，对本体起到较好的保护作用，进而有效延长其使用寿命。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
一种耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的10wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.1wt％、Si 0.3wt％、Mn0.8wt％、Ni 0.03wt％、V0.03wt％、Mo 0.1wt％、Sc 0.08wt％、Cu 0.7wt％、Ta 0.01wt％、Zr 0.02wt％、Sr 0.005wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.003wt％、B 0.0003wt％、N0.0005wt％、纳米硼化钛0.001wt％、纳米碳化铬0.001wt％，余量为Fe。
所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷0.8份、多聚磷酸1份、2,7-蒽醌二磺酸4份、偶联剂3份、纳米二硫化钼8份、氧化石墨烯5份、抗氧剂1份、环保增塑剂2份。
所述功能层的厚度为200μm；所述石墨烯纤维的平均直径为3μm；所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比3:1混合形成的混合物；所述纳米硼化钛的粒径为30nm；所述纳米碳化铬的粒径为10nm；所述氟封端超支化聚芳醚酮是按授权公开号为CN101357985B的中国发明专利中实施例1的方法制成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550；所述纳米二硫化钼的粒径为30nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述环保增塑剂为环氧大豆油。
一种所述耐磨高强金属材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
步骤S1中所述熔炼温度为1600℃，是在真空感应炉中进行的；步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的过程是在870℃下保温1小时后水冷；所述回火处理的过程是在190℃下保温1小时后在空气中冷却。
实施例2
一种耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的12wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.15wt％、Si 0.5wt％、Mn 1wt％、Ni 0.2wt％、V0.06wt％、Mo 0.15wt％、Sc 0.09wt％、Cu 0.8wt％、Ta 0.03wt％、Zr0.04wt％、Sr 0.006wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.005wt％、B 0.001wt％、N0.0007wt％、纳米硼化钛0.0015wt％、纳米碳化铬0.0015wt％，余量为Fe。
所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷0.9份、多聚磷酸1.5份、2,7-蒽醌二磺酸5份、偶联剂3.5份、纳米二硫化钼9份、氧化石墨烯6份、抗氧剂1.5份、环保增塑剂2.5份；所述功能层的厚度为200μm。
所述石墨烯纤维的平均直径为5μm；所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比3.5:1混合形成的混合物；所述纳米硼化钛的粒径为45nm；所述纳米碳化铬的粒径为25nm；所述氟封端超支化聚芳醚酮是按授权公开号为CN101357985B的中国发明专利中实施例1的方法制成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560；所述纳米二硫化钼的粒径为50nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm；所述抗氧剂为抗氧剂1076；所述环保增塑剂为环氧大豆油。
一种所述耐磨高强金属材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
步骤S1中所述熔炼温度为1620℃，是在真空感应炉中进行的；步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的过程是在880℃下保温1.5小时后水冷；所述回火处理的过程是在200℃下保温1.5小时后在空气中冷却。
实施例3
一种耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的13wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.2wt％、Si 0.7wt％、Mn1.3wt％、Ni 0.4wt％、V0.09wt％、Mo 0.2wt％、Sc 0.1wt％、Cu 0.85wt％、Ta 0.09wt％、Zr0.05wt％、Sr 0.008wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.006wt％、B 0.0015wt％、N0.0008wt％、纳米硼化钛0.002wt％、纳米碳化铬0.002wt％，余量为Fe。
所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷1份、多聚磷酸2份、2,7-蒽醌二磺酸5.5份、偶联剂4份、纳米二硫化钼10份、氧化石墨烯6.5份、抗氧剂2份、环保增塑剂3份。
所述功能层的厚度200μm；所述石墨烯纤维的平均直径为6μm；所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比4:1混合形成的混合物；所述纳米硼化钛的粒径为60nm；所述纳米碳化铬的粒径为30nm；所述氟封端超支化聚芳醚酮是按授权公开号为CN101357985B的中国发明专利中实施例1的方法制成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述纳米二硫化钼的粒径为55nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm；所述抗氧剂为抗氧剂1098；所述环保增塑剂为环氧大豆油。
一种所述耐磨高强金属材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
步骤S1中所述熔炼温度为1630℃，是在真空感应炉中进行的；步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的过程是在890℃下保温2小时后水冷；所述回火处理的过程是在210℃下保温2小时后在空气中冷却。
实施例4
一种耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的14wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.25wt％、Si 0.9wt％、Mn1.6wt％、Ni 0.5wt％、V0.11wt％、Mo 0.25wt％、Sc 0.11wt％、Cu 0.9wt％、Ta 0.11wt％、Zr 0.07wt％、Sr 0.009wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.007wt％、B 0.0025wt％、N0.0009wt％、纳米硼化钛0.0025wt％、纳米碳化铬0.0025wt％，余量为Fe。
所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷1.1份、多聚磷酸2.5份、2,7-蒽醌二磺酸6.5份、偶联剂4.5份、纳米二硫化钼11份、氧化石墨烯7.5份、抗氧剂2.5份、环保增塑剂3.5份。
所述功能层的厚度为200μm；所述石墨烯纤维的平均直径为8μm；所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比4.5:1混合形成的混合物；所述纳米硼化钛的粒径为70nm；所述纳米碳化铬的粒径为50nm；所述氟封端超支化聚芳醚酮是按授权公开号为CN101357985B的中国发明专利中实施例1的方法制成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:2:3混合形成的混合物；所述纳米二硫化钼的粒径为80nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168按质量比1:2:2:1混合形成的混合物；所述环保增塑剂为环氧大豆油。
一种所述耐磨高强金属材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
步骤S1中所述熔炼温度为1640℃，是在真空感应炉中进行的；步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的过程是在900℃下保温2.5小时后水冷；所述回火处理的过程是在220℃下保温2.5小时后在空气中冷却。
实施例5
一种耐磨高强金属材料，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的15wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.3wt％、Si 1wt％、Mn 1.8wt％、Ni 0.6wt％、V 0.13wt％、Mo 0.3wt％、Sc 0.12wt％、Cu 1wt％、Ta 0.13wt％、Zr0.08wt％、Sr 0.01wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.008wt％、B 0.003wt％、N 0.001wt％、纳米硼化钛0.003wt％、纳米碳化铬0.003wt％，余量为Fe。
所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷1.2份、多聚磷酸3份、2,7-蒽醌二磺酸7份、偶联剂5份、纳米二硫化钼12份、氧化石墨烯8份、抗氧剂3份、环保增塑剂4份；所述功能层的厚度为200μm；所述石墨烯纤维的平均直径为9μm；所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比5:1混合形成的混合物。
所述纳米硼化钛的粒径为80nm；所述纳米碳化铬的粒径为60nm；所述氟封端超支化聚芳醚酮是按授权公开号为CN101357985B的中国发明专利中实施例1的方法制成；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560；所述纳米二硫化钼的粒径为80nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm；所述抗氧剂为抗氧剂168；所述环保增塑剂为环氧大豆油。
一种所述耐磨高强金属材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
步骤S1中所述熔炼温度为1650℃，是在真空感应炉中进行的；步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理；所述淬火处理的过程是在910℃下保温3小时后水冷；所述回火处理的过程是在230℃下保温3小时后在空气中冷却。
对比例1
一种耐磨高强金属材料，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Ta、Sr和纳米硼化钛，且没有功能层。
对比例2
一种耐磨高强金属材料，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加Sc、稀土元素和纳米碳化铬，且没有功能层。
为了进一步说明本发明各实施例产品取得的预期不到的积极技术效果，对各例制成的耐磨高强金属材料进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
(1)抗拉强度的测定：根据国家标准GB/T 228-2002测试样品的拉伸性能。
(2)金属材料本体耐磨性：以普通钢(JISG3101:2015的SS400)为基准，对使用硅砂(JISG5901:2016的5号)与水的混合物(混合比为硅砂2:水1)作为磨损材料时的划痕磨损试验(圆周速度3.7m/sec，50小时)的磨损减量进行评价，以相对于普通钢的磨损量比率来表示，其是将各例金属材料本体的磨损减量除以普通钢的磨损减量求出的；采用板厚15mm的试验片。
(3)耐腐蚀性的评价：对制得的耐磨高强金属材料进行盐雾耐腐蚀试验测试，试验温度为35℃，用5％质量百分浓度的氯化钠水溶液在试验箱内喷雾，用以模拟环境的加速腐蚀，高强度汽车紧固件的耐受时间(即保持未生锈的时间)长短决定其耐腐蚀性能的好坏。
表1
| 项目 | 磨损量比率 | 抗拉强度 | 耐腐蚀性 |
| 单位 | — | MPa | h |
| 实施例1 | ＜0.01 | 1512 | 1310 |
| 实施例2 | ＜0.01 | 1520 | 1332 |
| 实施例3 | ＜0.01 | 1531 | 1352 |
| 实施例4 | ＜0.01 | 1537 | 1367 |
| 实施例5 | ＜0.01 | 1546 | 1392 |
| 对比例1 | 0.09 | 1347 | 1123 |
| 对比例2 | 0.14 | 1312 | 1075 |
从表1可以看出，本发明实施例公开的耐磨高强金属材料，与对比例产品相比，具有更优异的耐磨性、机械力学性能和耐腐蚀性。Ta、Sr、纳米硼化钛、Sc、稀土元素、纳米碳化铬的加入和功能层的设置，能与其它组分配合作用，对改善上述性能有益。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐磨高强金属材料，其特征在于，包括金属材料本体以及设于其表面的功能层；所述金属材料本体以钢材为基体，在基体中分布着石墨烯纤维，所述石墨烯纤维占本体重量的10wt％-15wt％；所述钢材包括如下按重量百分比计的各成分：C 0.1wt％-0.3wt％、Si0.3wt％-1wt％、Mn 0.8wt％-1.8wt％、Ni 0.03wt％-0.6wt％、V 0.03wt％-0.13wt％、Mo0.1wt％-0.3wt％、Sc 0.08wt％-0.12wt％、Cu 0.7wt％-1wt％、Ta 0.01wt％-0.13wt％、Zr0.02wt％-0.08wt％、Sr 0.005wt％-0.01wt％、除Sc以外的其它稀土元素0.003wt％-0.008wt％、B0.0003wt％-0.003wt％、N 0.0005wt％-0.001wt％、纳米硼化钛0.001wt％-0.003wt％、纳米碳化铬0.001wt％-0.003wt％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的耐磨高强金属材料，其特征在于，所述功能层是由如下按重量份计的各原料制成：氟封端超支化聚芳醚酮100份、五氧化二磷0.8-1.2份、多聚磷酸1-3份、2,7-蒽醌二磺酸4-7份、偶联剂3-5份、纳米二硫化钼8-12份、氧化石墨烯5-8份、抗氧剂1-3份、环保增塑剂2-4份。
3.如权利要求1所述的耐磨高强金属材料，其特征在于，所述功能层的厚度为100μm-320μm；所述石墨烯纤维的平均直径为3-9μm。
4.如权利要求1所述的耐磨高强金属材料，其特征在于，所述除Sc以外的其它稀土元素为Y、Ce按质量比(3-5):1混合形成的混合物；所述纳米硼化钛的粒径为30-80nm；所述纳米碳化铬的粒径为10-60nm。
5.如权利要求2所述的耐磨高强金属材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
6.如权利要求2所述的耐磨高强金属材料，其特征在于，所述纳米二硫化钼的粒径为30-80nm；所述氧化石墨烯为单层氧化石墨烯粉末，片径为0.5μm。
7.如权利要求2所述的耐磨高强金属材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂168中的一种或几种；所述环保增塑剂为环氧大豆油。
8.一种如权利要求1-7任一项所述耐磨高强金属材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将石墨烯纤维编织成网格布，置于模具中；
步骤S2、将钢材各成分以质量百分比配料，熔炼，后浇注得到铸锭；
步骤S3、将经过步骤S2制成的铸锭进行热处理，制得金属材料本体；
步骤S4、将经过步骤S3制成的金属材料本体置于模具中，合模；接着将功能层各原料混合均匀，后加入注塑成型机中，注塑，最后冷却成型。
9.如权利要求8所述的耐磨高强金属材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述熔炼温度为1600-1650℃，是在真空感应炉中进行的；步骤S3中所述热处理包括淬火处理和回火处理。
10.如权利要求8所述的耐磨高强金属材料的制备方法，其特征在于，所述淬火处理的过程是在870-910℃下保温1-3小时后水冷；所述回火处理的过程是在190-230℃下保温1-3小时后在空气中冷却。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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